(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを駆動して排ガスを排出する工程と、
前記排ガスを用いてパワータービンを駆動する工程と、
前記排ガスを排ガスエコノマイザーに導入して蒸気を発生する工程と、
前記蒸気で蒸気タービンを駆動する工程と、
前記パワータービンの駆動と前記蒸気タービンの駆動により発電を行う工程と、を備えた発電方法において、
エンジン負荷からパワータービン出力目標値を算出し、次に前記パワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差を算出し、その次に前記算出された偏差を基にＰＩＤ制御演算を行うことで、パワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出する工程と、
パワータービンの目標回転数と実際のパワータービンの回転数との回転数偏差を基にパワータービン制御弁機構の第２の操作量を算出する工程と、
前記エンジン負荷と前記パワータービン出力目標値とパワータービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、パワータービン制御弁機構の第３の操作量を算出する工程と、
前記パワータービン制御弁機構の第１操作量、前記パワータービン制御弁機構の第２操作量、および前記パワータービン制御弁機構の前記第３操作量の和をパワータービン制御弁機構の操作量として設定し、パワータービンの駆動を制御する工程と、を備えたことを特徴とする発電方法。
【請求項２】
エンジンを駆動して排ガスを排出する工程と、
前記排ガスを用いてパワータービンを駆動する工程と、
前記排ガスを排ガスエコノマイザーに導入して蒸気を発生する工程と、
前記蒸気で蒸気タービンを駆動する工程と、
前記パワータービンの駆動と前記蒸気タービンの駆動により発電を行う工程と、を備えた発電方法において、
エンジン負荷から蒸気タービン出力目標値を算出し、次に前記蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差を算出し、その次に前記算出された偏差を基にＰＩＤ制御演算を行うことで、蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する工程と、
蒸気タービンの目標回転数と実際の蒸気タービンの回転数との回転数偏差を基に蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量を算出する工程と、
前記エンジン負荷と前記蒸気タービン出力目標値と蒸気タービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を算出する工程と、
前記蒸気タービン制御弁機構の第１操作量、前記蒸気タービン制御弁機構の第２操作量、および前記蒸気タービン制御弁機構の前記第３操作量の和を蒸気タービン制御弁機構の操作量として設定し、蒸気タービンの駆動を制御する工程と、を備えたことを特徴とする発電方法。
【請求項３】
エンジンを駆動して排ガスを排出する工程と、
前記排ガスを用いてパワータービンを駆動する工程と、
前記排ガスを排ガスエコノマイザーに導入して蒸気を発生する工程と、
前記蒸気で蒸気タービンを駆動する工程と、
前記パワータービンの駆動と前記蒸気タービンの駆動とにより発電を行う工程と、を備えた発電方法において、
エンジン負荷からパワータービン出力目標値を算出し、次に前記パワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差を算出し、その次に前記算出された偏差を基にＰＩＤ制御演算を行うことで、パワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出する工程と、
パワータービンの目標回転数と実際のパワータービンの回転数との回転数偏差を基にパワータービン制御弁機構の第２の操作量を算出する工程と、
前記エンジン負荷と前記パワータービン出力目標値とパワータービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、パワータービン制御弁機構の第３の操作量を算出する工程と、
前記パワータービン制御弁機構の第１操作量、前記パワータービン制御弁機構の第２操作量、および前記パワータービン制御弁機構の前記第３操作量の和をパワータービン制御弁機構の操作量として設定し、パワータービンの駆動を制御する工程と、
エンジン負荷から蒸気タービン出力目標値を算出し、次に前記蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差を算出し、その次に前記算出された偏差を基にＰＩＤ制御演算を行うことで、蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する工程と、
蒸気タービンの目標回転数と実際の蒸気タービンの回転数との回転数偏差を基に蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量を算出する工程と、
前記エンジン負荷と前記蒸気タービン出力目標値と蒸気タービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を算出する工程と、
前記蒸気タービン制御弁機構の第１操作量、前記蒸気タービン制御弁機構の第２操作量、および前記蒸気タービン制御弁機構の前記第３操作量の和を蒸気タービン制御弁機構の操作量として設定し、蒸気タービンの駆動を制御する工程と、を備えたことを特徴とする発電方法。
【請求項４】
さらに前記パワータービン出力目標値を、蒸気タービン負荷の変化に対応させて補正する工程と、
補正後の補正パワータービン出力目標値に基づいて、前記パワータービン制御弁機構の第１操作量および前記パワータービン制御弁機構の第３操作量を算出する工程と、を備えることを特徴とする請求項１または請求項３記載の発電方法。
【請求項５】
さらに蒸気タービン負荷とエンジン負荷と補正パワータービン出力目標値との関係が予め設定された補正パワータービン開度指令マップを基に、エンジン負荷と蒸気タービン負荷から補正パワータービン出力目標値を算出する工程と、を備えることを特徴とする請求項４記載の発電方法。
【請求項６】
エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、
エンジンの排ガスエコノマイザーで生成された蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、
前記パワータービンの駆動と前記蒸気タービンの駆動とにより電力を生成する発電機と、
前記該パワータービンの前段に配設され、前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなるパワータービン制御弁機構と、
前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなる蒸気タービン制御弁機構と、
前記パワータービン制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と、
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段と、を備えた排熱回収システムにおいて、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
パワータービンの目標回転数と実際のパワータービンの回転数との回転数偏差を基に前記蒸気タービンフィードバック制御手段の出力信号を前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記パワータービン出力目標値と前記パワータービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を算出するパワータービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記パワータービン制御弁機構の第１の操作量、前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量、および前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記パワータービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする排熱回収システム。
【請求項７】
前記パワータービン制御弁機構の操作量が、前記パワータービンへの流入量を制御する流入制御弁の開度であることを特徴とする請求項６記載の排熱回収システム。
【請求項８】
前記パワータービン制御弁機構の操作量が、前記パワータービンのバイパス量を制御するバイパス制御弁の開度であることを特徴とする請求項６記載の排熱回収システム。
【請求項９】
エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、
エンジンの排ガスエコノマイザーで生成された蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、
前記パワータービンの駆動と前記蒸気タービンの駆動とにより電力を生成する発電機と、
前記該パワータービンの前段に配設され、前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなるパワータービン制御弁機構と、
前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなる蒸気タービン制御弁機構と、
前記パワータービン制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と、
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段と、を備えた排熱回収システムにおいて、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
蒸気タービンの目標回転数と実際の蒸気タービンの回転数との回転数偏差を基に前記パワータービンフィードバック制御手段の出力信号を前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記蒸気タービン出力目標値と前記蒸気タービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を算出する蒸気タービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量、前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量、および前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記蒸気タービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする排熱回収システム。
【請求項１０】
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量が、前記蒸気タービンへの流入量を制御する流入制御弁の開度であることを特徴とする請求項９記載の排熱回収システム。
【請求項１１】
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量が、前記蒸気タービンのバイパス量を制御するバイパス制御弁の開度であることを特徴とする請求項９記載の排熱回収システム。
【請求項１２】
エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、
エンジンの排ガスエコノマイザーで生成された蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、
前記パワータービンの駆動と前記蒸気タービンの駆動とにより電力を生成する発電機と、
前記該パワータービンの前段に配設され、前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなるパワータービン制御弁機構と、
前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなる蒸気タービン制御弁機構と、
前記パワータービン制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と、
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段と、を備えた排熱回収システムにおいて、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
パワータービンの目標回転数と実際のパワータービンの回転数との回転数偏差を基に前記蒸気タービンフィードバック制御手段の出力信号を前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記パワータービン出力目標値と前記パワータービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を算出するパワータービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記パワータービン制御弁機構の第１の操作量、前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量、および前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記パワータービン制御弁機構の操作量として設定するとともに、
蒸気タービンの目標回転数と実際の蒸気タービンの回転数との回転数偏差を基に前記パワータービンフィードバック制御手段の出力信号を前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記蒸気タービン出力目標値と前記蒸気タービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を算出する蒸気タービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量、前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量、および前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記蒸気タービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする排熱回収システム。
【請求項１３】
エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、
エンジンの排ガスエコノマイザーで生成された蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、
前記パワータービンの駆動と前記蒸気タービンの駆動とにより電力を生成する発電機と、
前記該パワータービンの前段に配設され、前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなるパワータービン制御弁機構と、
前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなる蒸気タービン制御弁機構と、
前記パワータービン制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と、
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段と、を備えた排熱回収システムにおいて、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
パワータービンの目標回転数と実際のパワータービンの回転数との回転数偏差を基に前記蒸気タービンフィードバック制御手段の出力信号を前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記パワータービン出力目標値と前記パワータービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を算出するパワータービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記パワータービン制御弁機構の第１の操作量、前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量、および前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記パワータービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする排熱回収システム。
【請求項１４】
前記パワータービン制御弁機構の操作量が、前記パワータービンへの流入量を制御する流入制御弁の開度であることを特徴とする請求項１３記載の排熱回収システム。
【請求項１５】
前記パワータービン制御弁機構の操作量が、前記パワータービンのバイパス量を制御するバイパス制御弁の開度であることを特徴とする請求項１３記載の排熱回収システム。
【請求項１６】
エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、
エンジンの排ガスエコノマイザーで生成された蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、
前記パワータービンの駆動と前記蒸気タービンの駆動とにより電力を生成する発電機と、
前記該パワータービンの前段に配設され、前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなるパワータービン制御弁機構と、
前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなる蒸気タービン制御弁機構と、
前記パワータービン制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と、
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段と、を備えた排熱回収システムにおいて、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
蒸気タービンの目標回転数と実際の蒸気タービンの回転数との回転数偏差を基に前記パワータービンフィードバック制御手段の出力信号を前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記蒸気タービン出力目標値と前記蒸気タービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を算出する蒸気タービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量、前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量、および前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記蒸気タービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする排熱回収システム。
【請求項１７】
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量が、前記蒸気タービンへの流入量を制御する流入制御弁の開度であることを特徴とする請求項１６記載の排熱回収システム。
【請求項１８】
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量が、前記蒸気タービンのバイパス量を制御するバイパス制御弁の開度であることを特徴とする請求項１６記載の排熱回収システム。
【請求項１９】
前記パワータービン出力目標値を、蒸気タービン負荷の変化に対応させて補正するパワータービン出力目標値補正手段を有し、該補正手段による補正後の補正パワータービン出力目標値に基づいて、前記パワータービンフィードバック制御手段および前記パワータービンフィードフォワード制御手段の制御がなされることを特徴とする請求項６、請求項１２または請求項１３に記載の排熱回収システム。
【請求項２０】
前記パワータービン出力目標値補正手段は、蒸気タービン負荷とエンジン負荷と補正パワータービン出力目標値との関係があらかじめ設定された補正パワータービン開度指令マップを基に、エンジン負荷と蒸気タービン負荷から補正パワータービン出力目標値を算出することを特徴とする請求項１９記載の排熱回収システム。
【請求項２１】
エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、
エンジンの排ガスエコノマイザーで生成された蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、
前記パワータービンの駆動により電力を生成する発電機と、
前記該パワータービンの前段に配設され、前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなるパワータービン制御弁機構と、
前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなる蒸気タービン制御弁機構と、
前記パワータービン制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と、
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段と、を備えた排熱回収システムにおいて、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
パワータービンの目標回転数と実際のパワータービンの回転数との回転数偏差を基に前記蒸気タービンフィードバック制御手段の出力信号を前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記パワータービン出力目標値と前記パワータービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を算出するパワータービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記パワータービン制御弁機構の第１の操作量、前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量、および前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記パワータービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする排熱回収システム。
【請求項２２】
前記パワータービン制御弁機構の操作量が、前記パワータービンへの流入量を制御する流入制御弁の開度であることを特徴とする請求項２１記載の排熱回収システム。
【請求項２３】
前記パワータービン制御弁機構の操作量が、前記パワータービンのバイパス量を制御するバイパス制御弁の開度であることを特徴とする請求項２１記載の排熱回収システム。
【請求項２４】
エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、
エンジンの排ガスエコノマイザーで生成された蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの駆動により電力を生成する発電機と、
前記該パワータービンの前段に配設され、前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなるパワータービン制御弁機構と、
前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなる蒸気タービン制御弁機構と、
前記パワータービン制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と、
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段と、を備えた排熱回収システムにおいて、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
蒸気タービンの目標回転数と実際の蒸気タービンの回転数との回転数偏差を基に前記パワータービンフィードバック制御手段の出力信号を前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記蒸気タービン出力目標値と前記蒸気タービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を算出する蒸気タービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量、前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量、および前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記蒸気タービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする排熱回収システム。
【請求項２５】
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量が、前記蒸気タービンへの流入量を制御する流入制御弁の開度であることを特徴とする請求項２４記載の排熱回収システム。
【請求項２６】
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量が、前記蒸気タービンのバイパス量を制御するバイパス制御弁の開度であることを特徴とする請求項２４記載の排熱回収システム。
【請求項２７】
請求項６から請求項２６に記載の排熱回収システムを有する船舶。
【請求項２８】
請求項９から請求項１１、または請求項１３から請求項２６に記載の排熱回収システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電方法及び船舶用排熱回収システムを利用した排熱回収システムにかかわり、特にパワータービンの駆動と蒸気タービンの駆動により発電を行う発電方法及び船舶用排熱回収システムを利用した排熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶用排熱回収システムとして、エンジンの排ガスを利用して排ガスエコノマイザーを設けて主機関で仕事が済んだ排ガスの熱量を熱交換させて蒸気タービンを駆動して発電するシステムや、エンジンに軸発電機を設けて該エンジンの出力で軸発電機を回して船内負荷電力を賄うシステムがある。このようなシステムは船舶の省エネ化技術として従来から提案されており、例えば特許文献１（特開２００７−１３３９号公報）に開示される。特許文献１は、エンジンの排ガスを利用してパワータービンを駆動し、船内負荷電力の一部を賄うシステムである。
【０００３】
前記パワータービンを備える排熱回収システムでは、エンジン負荷に応じて蒸気タービン、パワータービン、軸発電機などの電力配分を決めている。パワータービンによる発電は、従来ＯＮ／ＯＦＦ弁のようなバルブで制御されるため、船内負荷が急減してタービントリップする可能性が生じた場合、バルブを閉じたりバイパスを設けたりして流入する蒸気を完全に止めており、細やかな流量制御は不可能である。
【０００４】
図７は従来の排熱回収システムで行われる制御ロジックを示すブロック図、図８は図７に係る制御ロジックについてのフローチャートである。図７の制御ロジックでは、ステップＳ２１で開始されると、ステップＳ２２で発電出力指令計算器５２によりエンジン負荷からパワータービン出力目標値を算出する。ステップＳ２３でパワータービン実出力値を計測し、ステップＳ２４でパワータービン出力目標値とパワータービン実出力値との差が減算器５３によって計算され、ステップＳ２５では制御偏差を基にＰＩＤ制御器５４でＰＩＤ制御演算を行い、操作量Ｏ１を導出する。
【０００５】
次いで、ステップＳ２６でパワータービンの目標回転数数との回転数偏差を基に図示しないフィードバック制御の出力信号を開度換算５１で操作量Ｏ２へ換算し、ステップＳ２７で操作量Ｏ１と操作量Ｏ２とが加算５５によって算出され、制御弁の開度が決定される。そして、ステップＳ２２の前段に戻る。
このようにして、パワータービンの制御バルブの開度がフィードバック制御により設定されていた。
【０００６】
また、バルブ開度を制御する発明として、特許文献２（特許第３８０４６９３号公報）が開示されている。詳しくは、負荷側循環配管の前記排熱回収負荷よりも下流側に設けられて、そこを流れる負荷側循環水の温度を測定する負荷側循環水温度センサと、前記負荷側循環水温度センサで測定される負荷側循環水の温度と第１の設定温度とを比較して負荷側循環水の温度が第１の設定温度以上のときに放熱信号を出力する排熱回収量検出手段と、前記負荷側循環配管に設けられて、負荷側循環水の流動状態が所定の流動状態かそれ以外の異常流動状態かを検出して異常流動状態の検出に伴って放熱信号を出力する流動状態検出手段と、前記放熱信号に基づいて、前記冷却水温度センサによる冷却水の測定温度が第２の設定温度よりも低くなるまで放熱信号を出力させるホールド手段と、前記放熱信号に応答して、前記放熱量変更手段の弁開度を、前記エンジンが定格運転し、かつ、前記排熱回収負荷の排熱需要が零のときに前記放熱用熱交換器に供給すべき冷却水量を流す弁開度よりも小さい開度に予め設定した設定弁開度になるように制御出力を出すフィードフォワード側制御手段と、前記冷却水温度センサによる冷却水の測定温度に基づいて、その測定温度が高くなるほど放熱量が増大するように前記放熱量変更手段を制御する制御出力を出すフィードバック側制御手段とを備え、前記フィードフォワード側制御手段からの制御出力と前記フィードバック側制御手段からの制御出力とを加算した制御出力によって前記放熱量変更手段を制御するように構成している。
【０００７】
前記特許文献２に開示される排熱回収システムは、排熱回収量の急激な変動に起因するオーバーシュートの発生を防止するために水温に着目して制御している。
しかしながら、船内負荷が急減した場合は、余剰電力が発生するため、直ちにパワータービン出力を小さくする必要がある。このとき、パワータービン出力制御の応答性によっては電力周波数の変動が大きくなる可能性がある。
同様に、蒸気タービンによる発電においても船内負荷が急減すると余剰電力が発生するため、直ちにバルブの流量制御を行い、蒸気タービン出力を小さくする必要がある。このときも同様に蒸気タービン出力制御の応答性によっては電力周波数の変動が大きくなる可能性がある。
【０００８】
このように、船内負荷が急減した場合は、電力周波数の変動について考慮する必要があるが、特許文献２には電力周波数の変動について何ら記載されていない。さらに、船内負荷電力が急減し、パワータービン、蒸気タービンの出力を制御する場合、それぞれの応答速度の違いにより、供給電力の整定に時間を要する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１３３９号公報
【特許文献２】特許第３８０４６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、急激な船内負荷の変化に対してパワータービン及び蒸気タービンの出力制御の応答性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するため、本発明はエンジンを駆動して排ガスを排出する工程と、
前記排ガスを用いてパワータービンを駆動する工程と、
前記排ガスを排ガスエコノマイザーに導入して蒸気を発生する工程と、
前記蒸気で蒸気タービンを駆動する工程と、
前記パワータービンの駆動と前記蒸気タービンの駆動により発電を行う工程と、を備えた発電方法において、
エンジン負荷からパワータービン出力目標値を算出し、次に前記パワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差を算出し、その次に前記算出された偏差を基にＰＩＤ制御演算を行うことで、パワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出する工程と、
パワータービンの目標回転数と実際のパワータービンの回転数との回転数偏差を基にパワータービン制御弁機構の第２の操作量を算出する工程と、
前記エンジン負荷と前記パワータービン出力目標値とパワータービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、パワータービン制御弁機構の第３の操作量を算出する工程と、
前記パワータービン制御弁機構の第１操作量、前記パワータービン制御弁機構の第２操作量、および前記パワータービン制御弁機構の前記第３操作量の和をパワータービン制御弁機構の操作量として設定し、パワータービンの駆動を制御する工程と、を備えたことを特徴とする発電方法にある。
【００１２】
第２の発明は、エンジン負荷から蒸気タービン出力目標値を算出し、次に前記蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差を算出し、その次に前記算出された偏差を基にＰＩＤ制御演算を行うことで、蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する工程と、
蒸気タービンの目標回転数と実際の蒸気タービンの回転数との回転数偏差を基に蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量を算出する工程と、
前記エンジン負荷と前記蒸気タービン出力目標値と蒸気タービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を算出する工程と、
前記蒸気タービン制御弁機構の第１操作量、前記蒸気タービン制御弁機構の第２操作量、および前記蒸気タービン制御弁機構の前記第３操作量の和を蒸気タービン制御弁機構の操作量として設定し、蒸気タービンの駆動を制御する工程と、を備えたことを特徴とする発電方法にある。
【００１３】
第３の発明は、エンジン負荷からパワータービン出力目標値を算出し、次に前記パワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差を算出し、その次に前記算出された偏差を基にＰＩＤ制御演算を行うことで、パワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出する工程と、
パワータービンの目標回転数と実際のパワータービンの回転数との回転数偏差を基にパワータービン制御弁機構の第２の操作量を算出する工程と、
前記エンジン負荷と前記パワータービン出力目標値とパワータービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、パワータービン制御弁機構の第３の操作量を算出する工程と、
前記パワータービン制御弁機構の第１操作量、前記パワータービン制御弁機構の第２操作量、および前記パワータービン制御弁機構の前記第３操作量の和をパワータービン制御弁機構の操作量として設定し、パワータービンの駆動を制御する工程と、
エンジン負荷から蒸気タービン出力目標値を算出し、次に前記蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差を算出し、その次に前記算出された偏差を基にＰＩＤ制御演算を行うことで、蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する工程と、
蒸気タービンの目標回転数と実際の蒸気タービンの回転数との回転数偏差を基に蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量を算出する工程と、
前記エンジン負荷と前記蒸気タービン出力目標値と蒸気タービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を算出する工程と、
前記蒸気タービン制御弁機構の第１操作量、前記蒸気タービン制御弁機構の第２操作量、および前記蒸気タービン制御弁機構の前記第３操作量の和を蒸気タービン制御弁機構の操作量として設定し、蒸気タービンの駆動を制御する工程と、を備えたことを特徴とする発電方法にある。
【００１４】
さらに前記第１及び第３の発明において、前記パワータービン出力目標値を、蒸気タービン負荷の変化に対応させて補正する工程と、
補正後の補正パワータービン出力目標値に基づいて、前記パワータービン制御弁機構の第１操作量および前記パワータービン制御弁機構の第３操作量を算出する工程と、を備えることを特徴とする。
そして好ましくは、さらに蒸気タービン負荷とエンジン負荷と補正パワータービン出力目標値との関係が予め設定された補正パワータービン開度指令マップを基に、エンジン負荷と蒸気タービン負荷から補正パワータービン出力目標値を算出する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
そして本第１発明に対応する排熱回収システムは、エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、
エンジンの排ガスエコノマイザーで生成された蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、
前記パワータービンの駆動と前記蒸気タービンの駆動とにより電力を生成する発電機と、
前記該パワータービンの前段に配設され、前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなるパワータービン制御弁機構と、
前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなる蒸気タービン制御弁機構と、
前記パワータービン制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と、
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段と、を備えた排熱回収システムにおいて、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
パワータービンの目標回転数と実際のパワータービンの回転数との回転数偏差を基に前記蒸気タービンフィードバック制御手段の出力信号を前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記パワータービン出力目標値と前記パワータービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を算出するパワータービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記パワータービン制御弁機構の第１の操作量、前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量、および前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記パワータービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする。
【００１６】
この場合、前記パワータービン制御弁機構の操作量が、前記パワータービンへの流入量を制御する流入制御弁の開度であるか、若しくは、前記パワータービンのバイパス量を制御するバイパス制御弁の開度であるのがよい。
【００１７】
そして第２発明に対応する排熱回収システムは、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
蒸気タービンの目標回転数と実際の蒸気タービンの回転数との回転数偏差を基に前記パワータービンフィードバック制御手段の出力信号を前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記蒸気タービン出力目標値と前記蒸気タービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を算出する蒸気タービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量、前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量、および前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記蒸気タービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする。
【００１８】
この場合、前記蒸気タービン制御弁機構の操作量が、前記蒸気タービンへの流入量を制御する流入制御弁の開度であるか、若しくは、前記蒸気タービンのバイパス量を制御するバイパス制御弁の開度であるのがよい。
【００１９】
第３発明に対応する排熱回収システムは、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
パワータービンの目標回転数と実際のパワータービンの回転数との回転数偏差を基に前記蒸気タービンフィードバック制御手段の出力信号を前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記パワータービン出力目標値と前記パワータービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を算出するパワータービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記パワータービン制御弁機構の第１の操作量、前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量、および前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記パワータービン制御弁機構の操作量として設定するとともに、
蒸気タービンの目標回転数と実際の蒸気タービンの回転数との回転数偏差を基に前記パワータービンフィードバック制御手段の出力信号を前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記蒸気タービン出力目標値と前記蒸気タービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を算出する蒸気タービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量、前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量、および前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記蒸気タービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする。
【００２０】
これらの発明は、前記パワータービン出力目標値を、前記蒸気タービン負荷の変化に対応させて補正するパワータービン出力目標値補正手段を有し、該補正手段による補正後の補正パワータービン出力目標値に基づいて、前記パワータービンフィードバック制御手段および前記パワータービンフィードフォワード制御手段の制御がなされるのがよい。
この場合前記パワータービン出力目標値補正手段は、蒸気タービン負荷とエンジン負荷と補正パワータービン出力目標値との関係があらかじめ設定された補正パワータービン開度指令マップを基に、エンジン負荷と蒸気タービン負荷から補正パワータービン出力目標値を算出するのがよい。
【００２１】
又本発明の第４の発明は、エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、エンジンの排ガスエコノマイザーで生成された蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、前記パワータービンの駆動と前記蒸気タービンの駆動とにより電力を生成する発電機と、前記該パワータービンの前段に配設され、前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなるパワータービン制御弁機構と、前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなる蒸気タービン制御弁機構と、前記パワータービン制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と、前記蒸気タービン制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段と、を備えた排熱回収システムにおいて、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
パワータービンの目標回転数と実際のパワータービンの回転数との回転数偏差を基に前記蒸気タービンフィードバック制御手段の出力信号を前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記パワータービン出力目標値と前記パワータービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を算出するパワータービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記パワータービン制御弁機構の第１の操作量、前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量、および前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記パワータービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする。
【００２２】
第５の発明は、エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、
エンジンの排ガスエコノマイザーで生成された蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、
前記パワータービンの駆動と前記蒸気タービンの駆動とにより電力を生成する発電機と、
前記該パワータービンの前段に配設され、前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなるパワータービン制御弁機構と、
前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなる蒸気タービン制御弁機構と、
前記パワータービン制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と、
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段と、を備えた排熱回収システムにおいて、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
蒸気タービンの目標回転数と実際の蒸気タービンの回転数との回転数偏差を基に前記パワータービンフィードバック制御手段の出力信号を前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記蒸気タービン出力目標値と前記蒸気タービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を算出する蒸気タービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量、前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量、および前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記蒸気タービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする。
【００２３】
又第６の発明は、エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、
エンジンの排ガスエコノマイザーで生成された蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、
前記パワータービンの駆動により電力を生成する発電機と、
前記該パワータービンの前段に配設され、前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなるパワータービン制御弁機構と、
前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなる蒸気タービン制御弁機構と、
前記パワータービン制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と、
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段と、を備えた排熱回収システムにおいて、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
パワータービンの目標回転数と実際のパワータービンの回転数との回転数偏差を基に前記蒸気タービンフィードバック制御手段の出力信号を前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記パワータービン出力目標値と前記パワータービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を算出するパワータービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記パワータービン制御弁機構の第１の操作量、前記パワータービン制御弁機構の第２の操作量、および前記パワータービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記パワータービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする。
【００２４】
又第７の発明は、エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、
エンジンの排ガスエコノマイザーで生成された蒸気を用いて駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの駆動により電力を生成する発電機と、
前記該パワータービンの前段に配設され、前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなるパワータービン制御弁機構と、
前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する１または複数の制御弁機構からなる蒸気タービン制御弁機構と、
前記パワータービン制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と、
前記蒸気タービン制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段と、を備えた排熱回収システムにおいて、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器でパワータービン制御弁機構の第１の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
前記蒸気タービン制御手段は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差に基づいてＰＩＤ制御器で蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段と、
蒸気タービンの目標回転数と実際の蒸気タービンの回転数との回転数偏差を基に前記パワータービンフィードバック制御手段の出力信号を前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量へ換算する開度換算器と、
前記エンジン負荷と前記蒸気タービン出力目標値と前記蒸気タービン制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップから、前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を算出する蒸気タービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記蒸気タービン制御弁機構の第１の操作量、前記蒸気タービン制御弁機構の第２の操作量、および前記蒸気タービン制御弁機構の第３の操作量を加算して前記蒸気タービン制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする。
【００２５】
そして特に本発明は、エンジンの排ガスを用いて駆動するパワータービンと、エンジンの排ガスエコノマイザーで発生した蒸気を用いて駆動する蒸気タービンとを備えるとともに、
前記パワータービンと前記蒸気タービンとによって発電機を駆動し、前記該パワータービンの前段に配設され前記排ガスの流量を調整してパワータービンの出力を制御する１または複数の制御弁からなる第１制御弁機構と、
前記蒸気タービンの前段に配設され蒸気タービンの出力を制御する１または複数の制御弁からなる第２制御弁機構とを備え、
前記第１制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段と前記第２制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段とを有する排熱回収システムの制御装置において、
前記パワータービン制御手段は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差を基にＰＩＤ制御器で前記第１制御弁機構の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段と、
パワータービンの目標回転数と実回転数との回転数偏差を基に他のフィードバック制御手段の出力信号から前記第１制御弁機構の操作量を算出する開度換算器と、
前記エンジン負荷と該エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と前記第１制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップから、前記第１制御弁機構の操作量を抽出するパワータービンフィードフォワード制御手段とを備え、
前記パワータービンフィードフォワード制御手段からの操作量と、開度換算器からの操作量と、前記パワータービンフィードバック制御手段からの操作量とを加算して前記第１制御弁機構の操作量として設定することを特徴とする。
【００２６】
かかる発明によれば、前記エンジン負荷と該エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と前記第１制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップを予め作成し、前記エンジン負荷からパワータービン出力目標値が得られる第１制御弁機構の開度操作量を前記開度指令マップから抽出して操作量を求めるフィードフォワード制御手段を備え、前記フィードフォワード制御手段からの操作量と、前記フィードバック制御手段からの操作量とを加算して前記第１制御弁機構の操作量を設定することにより、パワータービンの出力制御の応答性が改善され、電力周波数変動も低減可能となる。
よって、船内負荷が急減してもパワータービンの出力制御の応答性を向上させることができる。
【００２７】
また、本発明において、前記第１制御弁機構の操作量は、前記パワータービンへの流入量を制御する流入制御弁の開度であってもよく、または、前記第１制御弁機構の操作量が、前記パワータービンのバイパス量を制御するバイパス制御弁の開度であってもよい。
前記流入制御弁の開度制御の場合には、パワータービンへの流入量を直接的に制御できるため、効率よくパワータービンの出力制御を行うことができるとともに、流入を完全に遮断することができるため、船内電力の激減時のパワータービンの発電出力低下を直ちに行うことができる。
また、バイパス制御弁の場合には、パワータービンへの流入量を、パワータービンをバイパスする量を制御することで間接的に制御できるため、パワータービンの出力を細やかに制御できる。
【００２８】
従って前記発明によれば、パワータービンと同様に、フィードフォワード制御手段からの操作量と、フィードバック制御手段からの操作量とを加算して第２制御弁機構の操作量を設定することにより、蒸気タービンの出力制御の応答性が改善され、電力周波数変動も低減可能となる。よって、船内負荷が急減しても蒸気タービンの出力制御の応答性を向上させることができる。
【００２９】
また、蒸気タービンの出力制御において、前記第２制御弁機構の操作量が、前記蒸気タービンへの流入量を制御する流入制御弁の開度であってもよく、または、前記第２制御弁機構の操作量が、前記蒸気タービンのバイパス量を制御するバイパス制御弁の開度であってもよい。
この流入制御弁の制御、バイパス制御弁の制御については、前記パワータービンの場合と同様に、流入制御弁の開度制御の場合には、蒸気タービンへの流入量を直接的に制御できるため、効率よく蒸気タービンの出力制御を行うことができるとともに、流入を完全に遮断することができるため、船内電力の激減時の蒸気タービンの発電出力低下を直ちに行うことができる。
また、バイパス制御弁の場合には、蒸気タービンへの流入量を、蒸気タービンをバイパスする量を制御することで間接的に制御できるため、蒸気タービンの出力を細やかに制御できる。
【００３０】
さらに、本発明において、前記パワータービン出力目標値を、前記蒸気タービン負荷の変化に対応させて補正するパワータービン出力目標値補正手段を有し、該補正手段による補正後の補正パワータービン出力目標値に基づいて、前記パワータービンフィードバック制御手段および前記パワータービンフィードフォワード制御手段の制御がなされることを特徴とする。
【００３１】
これによって、パワータービンおよび蒸気タービンをそれぞれ独立に制御するのではなく、連携された制御とすることができる。
すなわち、蒸気系の応答は遅いため、蒸気タービンをマスタ（主）、パワータービンをスレーブ（副）として動作させて、操作量を設定する。
具体的には、蒸気タービン負荷を監視して、蒸気タービン負荷の変化に対応させてパワータービン出力目標値を補正するパワータービン出力目標値補正手段を有する。
船内電力需要が激減した場合には、蒸気タービンおよびパワータービンのそれぞれの出力（負荷）を低下させるが、蒸気系の応答は遅いため、パワータービンの出力低下に遅れて蒸気タービンの出力低下が生じる。このときに、船内電力は最低必要電力を確保する必要があるため、パワータービンの出力目標値を、蒸気タービンの出力（負荷）状態、つまり蒸気タービンの出力低下状態に応じて上昇させるようにする。
このように、蒸気タービンの負荷状態を監視しながらパワータービンの出力目標値を補正するので、急激な船内電力負荷の低下に対してパワータービンの出力制御の方に偏よらずにパワータービンおよび蒸気タービンを連携した制御とすることができる。
【００３２】
また、前記前記パワータービン出力目標値補正手段は、蒸気タービン負荷とエンジン負荷と補正パワータービン出力目標値との関係があらかじめ設定された補正パワータービン開度指令マップを基に、エンジン負荷と蒸気タービン負荷から補正パワータービン出力目標値を算出するとよく、このように補正パワータービン開度指令マップを用いることで補正パワータービン出力目標値を簡単に得ることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、急激な船内負荷の変化に対してパワータービン及び蒸気タービンの出力制御の応答性を向上させることができる発電方法及び排熱回収システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る排熱回収システムの構成および制御装置の概要を示す全体構成図である。
【図２】実施形態１に係る排熱回収システムで行われる制御ロジックを示すブロック図である。
【図３】実施形態１に係る制御ロジックについてのフローチャートである。
【図４】第１制御弁機構の制御弁Ｂの開度マップである。
【図５】実施形態２に係る排熱回収システムで行われる制御ロジックを示すブロック図である。
【図６】実施形態２に係る制御ロジックについてのフローチャートである。
【図７】従来の排熱回収システムで行われる制御ロジックを示すブロック図である。
【図８】図７に係る制御ロジックについてのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【実施形態１】
【００３６】
まず、図１を用いて本発明に係る排熱回収システムの構成について説明する。図１で示す排熱回収システムは、船を推進させるエンジン２２と、該エンジン２２の出力によって回転するプロペラ３０と、エンジン２２に供給する空気を圧縮する過給機２１と、過給機２１からの空気を冷却する冷却器３１と、パワータービン（ガスタービン）２３と、蒸気タービン２６と、発電機２８とで構成される。
パワータービン２３と、蒸気タービン２６と、発電機２８とは、大きさ及び歯数が異なる互いに噛合する歯車を備える減速機２４、２７によって接続される。また、パワータービン２３、蒸気タービン２６、発電機２８間の回転軸がクラッチ２５を介して接続され、回転動力が伝達されたり遮断されたりする。
【００３７】
また、排ガスエコノマイザー１５０を備えており、エンジン２２から排出される排ガスを過給機２１、若しくは過給機２１とパワータービン２３を介して排ガスエコノマイザーへ供給し、該排ガスエコノマイザーで発生した蒸気を蒸気タービン２６に導いて蒸気タービン２６を駆動させ、パワータービン２３の動力と一緒にあわせて発電機２８を回す。
蒸気タービン２６の後段に設けられる復水器２９で蒸気は水に戻され、この水を冷却器３１の熱やエンジン２２の壁を冷却する熱で温めた後、排ガスエコノマイザーへ供給して蒸発させ蒸気を生成する。
【００３８】
前記パワータービン２３による発電は第１制御弁機構を構成する制御弁（バルブ）Ａ、Ｂ、Ｃで制御され、蒸気タービン２６による発電は第２制御弁機構を構成する制御弁（バルブ）Ｄ、Ｅ、Ｆで制御されるが、以下に述べる実施形態１では第１制御弁機構においては制御弁Ａ、Ｃを全開または一定開度状態において制御弁Ｂの開度指令について説明し、さらに、第２制御弁機構においては制御弁Ｄ、Ｆを全開または一定開度状態において制御弁Ｅの開度指令について説明する。
【００３９】
排熱回収システムの制御装置１００は、制御弁（バルブ）Ａ、Ｂ、Ｃからなる第１制御弁機構の操作量を制御するパワータービン制御手段１０１と、制御弁（バルブ）Ｄ、Ｅ、Ｆからなる第２制御弁機構の操作量を制御する蒸気タービン制御手段１０２とを有する。
【００４０】
さらに、パワータービン制御手段１０１は、エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と実際のパワータービン出力との偏差をＰＩＤ制御器によって演算して第１制御弁機構の操作量を算出するパワータービンフィードバック制御手段１０４と、エンジン負荷と該エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値と前記第１制御弁機構の操作量との関係が予め設定されたパワータービン開度指令マップ１０５から、第１制御弁機構の操作量を抽出するパワータービンフィードフォワード制御手段１０６とを備えている。
【００４１】
また、蒸気タービン制御手段１０２は、エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と実際の蒸気タービン出力との偏差をＰＩＤ制御器によって演算して前記第２制御弁機構の操作量を算出する蒸気タービンフィードバック制御手段１０８と、
前記エンジン負荷と該エンジン負荷から算出される蒸気タービン出力目標値と前記第２制御弁機構の操作量との関係が予め設定された蒸気タービン開度指令マップ１０９から、第２制御弁機構の操作量を抽出する蒸気タービンフィードフォワード制御手段１１０とを備えている。
【００４２】
実施形態１に係る排熱回収システムの制御装置１００で行われる制御ロジックについて、図２、３を用いて説明する。図２は実施形態１に係る排熱回収システムで行われる制御ロジックを示すブロック図、図３は実施形態１に係る制御ロジックについてのフローチャートである。なお、図２、３は、パワータービン２６による発電を制御する第１制御弁機構の制御弁Ｂについて述べる。
図２の制御ロジックでは、ステップＳ１で開始されると、ステップＳ２でエンジン負荷毎に所望のパワータービン出力が得られる制御弁Ｂの開度マップを数値計算若しくは実測して用意する。図４は制御弁Ｂの制御弁開度マップ（パワータービン開度指令マップ）１０５を示す。
【００４３】
制御弁開度マップは、エンジン負荷と該エンジン負荷から算出されるパワータービン出力目標値で決定される。エンジン負荷に応じてパワータービンの目標出力が決まっており、その出力に対して制御弁Ｂの開度を調整することができるマップである。図４ではエンジン負荷５０％、６０％、１００％の場合の制御弁開度マップを示している。なお、エンジン負荷５０％以下になると、エンジンの排ガスエネルギー全体の量が下がってくる。
ステップＳ３では、発電出力指令計算器２（図２参照）によりエンジン負荷からパワータービン出力目標値を算出する。ステップＳ４でパワータービン実出力値を計測し、ステップＳ５でパワータービン出力目標値とパワータービン実出力値との偏差が減算器３（図２参照）によって計算され、ステップＳ６では制御偏差を基にＰＩＤ制御器４（図２参照）でＰＩＤ制御演算を行い、操作量Ｏ１を導出する。
【００４４】
ステップＳ７で、パワータービンの目標回転数と実回転数との回転数偏差を基に図示しない他のフィードバック制御の出力信号を開度換算器１（図２参照）で操作量Ｏ２へ換算し、ステップＳ８では、ステップ１で用意した制御弁Ｂの制御弁開度マップ１０５を用いて、開度計算器５（図２参照）でパワータービン出力目標値が得られる制御弁Ｂの開度操作量をマップから抽出し、操作量Ｏ３を求める。ステップＳ９で操作量Ｏ１と操作量Ｏ２と操作量Ｏ３との和が加算器６、７（図２参照）によって算出され制御弁Ｂの開度を設定し、再びステップＳ２の前段に戻り繰り返す。このように、エンジン負荷とパワータービン出力目標値と制御弁の開度との関係を表した制御弁開度マップを作成し、上述したフィードフォワード制御により開度指令を生成する。
【００４５】
従って、パワータービン２３の制御弁Ｂの開度がフィードバック制御により算出される操作量Ｏ１とＯフとに対して、さらにフィードフォワード制御によって算出される操作量Ｏ３とを足し合わせた操作量として開度指令値が設定される。従って、フィードフォワード制御によって算出される操作量Ｏ３の加算によってパワータービンの出力制御の応答性が改善され、電力周波数変動も低減可能となる。
【００４６】
なお、蒸気タービン制御の場合は、蒸気タービン制御手段１０２において、前記パワータービン制御手段１０１における制御と同様の制御が実行される。
すなわち、図３のフローチャートを次のように読み替える、ステップＳ１で開始されると、ステップＳ２でエンジン負荷毎に所望の蒸気タービン出力が得られる制御弁Ｅの開度マップを数値計算若しくは実測して用意する。図４に示す制御弁Ｂの制御弁開度マップ１０５に相当する制御弁Ｅの制御弁開度マップ（蒸気タービン開度指令マップ）１０９を用意する。
【００４７】
ステップＳ３においては、パワータービン出力目標値を蒸気タービン出力目標値とし、ステップＳ４においては、蒸気タービン実出力値を計測し、ステップＳ５においては、蒸気タービン出力目標値から蒸気タービン実出力値を減算（出力偏差の計算）し、さらに、ステップＳ６においては、ＰＩＤ制御演算をして操作量Ｏ１'を導出し、ステップＳ７においては、蒸気タービンの目標回転数と実回転数との回転数偏差を基に図示しないフィードバック制御の出力信号を開度換算器１で操作量Ｏ２'へ換算し、ステップＳ８においては、ステップ１で用意した制御弁Ｅの制御弁開度マップ１０９を用いて、蒸気タービン出力目標値が得られる制御弁Ｅの開度操作量を抽出し、操作量Ｏ３'を求める。ステップＳ９で操作量Ｏ１'と操作量Ｏ２'と操作量Ｏ３'との和が算出され制御弁Ｅの開度として設定される。
【００４８】
このように蒸気タービン２６に対しても、蒸気タービンの２６の制御弁Ｅの開度がフィードバック制御により算出される操作量Ｏ１'とＯ２'とに対して、さらにフィードフォワード制御によって算出される操作量Ｏ３'とを足し合わせた操作量として開度指令値が設定される。従って、フィードフォワード制御によって算出される操作量Ｏ３'の加算によって蒸気タービンの出力制御の応答性が改善され、電力周波数変動も低減可能となる。
【００４９】
また、本実施形態において、制御弁Ｂはパワータービン２３への流入量を直接制御する位置に設けられる流入制御弁として設けられ、制御弁Ｅは蒸気タービン２６への流入量を直接制御する位置に設けられる流入制御弁として設けられるため、効率よくパワータービン２３および蒸気タービン２６の出力制御を行うことができるとともに、流入を完全に遮断することができるため、船内電力の激減時のパワータービン２３および蒸気タービン２６の発電出力の低下を直ちに行うことができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、制御弁Ｂ、Ｅについて説明したが、パワータービン２３をバイパスするバイパス量を制御する制御弁Ｃ（バイパス制御弁）、および蒸気タービン２６をバイパスするバイパス量を制御する制御弁Ｆ（バイパス制御弁）の開度を制御してもよい。この場合には、パワータービン２３や蒸気タービン２６の出力を細やかに制御できる。
【００５１】
なお、本実施形態においては、制御弁Ｂの制御弁開度マップを用いた例を説明したが、マップではなく計算モデルを用いて逐次計算してもよい。
【実施形態２】
【００５２】
実施形態２に係る排熱回収システムの制御装置で行われる制御ロジックについて、図５、６を用いて説明する。図５は実施形態２に係る排熱回収システムの制御装置で行われる制御ロジックを示すブロック図、図６は実施形態２に係る制御ロジックについてのフローチャートである。なお、図５、６は、パワータービンによる発電を制御する制御弁Ｂについて述べる。
【００５３】
本実施形態では、パワータービンと蒸気タービンとを独立に制御させるのではなく、連携させた制御アルゴリズムを構築する。一般的に蒸気系の応答は遅いため、蒸気タービン制御をマスタ、パワータービンをスレーブとして動作させ、パワータービンの指令を作成する。
【００５４】
具体的には図５の制御ロジックでは、ステップＳ１１で開始されると、ステップＳ１２でエンジン負荷毎に所望のパワータービン出力が得られる制御弁Ｂの開度マップを数値計算若しくは実測して用意する。なお、制御弁Ｂの制御弁開度マップは、実施形態１で述べた図４と同じであるが、本実施形態は実施形態１に比べてパワータービン出力目標値の算出が異なる。
【００５５】
すなわち、次のステップＳ１３で発電出力指令計算器１２（図５参照）によりエンジン負荷と蒸気タービン負荷からパワータービン出力目標値を算出する。実施形態１では、エンジン負荷だけからパワータービン出力目標値を算出していたが、本実施形態においては、蒸気タービンの負荷の変化に対応させてパワータービン出力目標値に補正を加えている。具体的には、蒸気タービン負荷が減少して蒸気タービン出力が低下するに従って、パワータービン出力目標値を上昇させるようにする。
【００５６】
パワータービン出力目標値に補正を加える補正手段（パワータービン出力目標値補正手段）１２０が設けられている。なお、この補正手段による補正は計算式を用いても、また、予め、蒸気タービン負荷とエンジン負荷と補正パワータービン出力目標値との関係を設定した補正マップ（補正パワータービン開度指令マップ）１２２を基に算出するようにしてもよい。補正マップを用いと、補正パワータービン出力目標値を簡単に得ることができるようになる。
【００５７】
次に、ステップＳ１４でパワータービン実出力値を計測し、ステップＳ１５でパワータービン出力目標値とパワータービン実出力値との偏差が減算器１３（図５参照）によって計算され、ステップＳ１６では制御偏差を基にＰＩＤ制御器１４（図５参照）でＰＩＤ制御演算を行い、操作量Ｏ１を導出する。
【００５８】
ステップＳ１７でパワータービンの目標回転数と実回転数との回転数偏差を基に図示しないフィードバック制御の出力信号を開度換算器１１（図５参照）で操作量Ｏ２へ換算し、ステップＳ１８では、ステップ１１で用意した制御弁Ｂの制御弁開度マップを用いて、開度計算器１５（図５参照）で補正パワータービン出力目標値が得られる制御弁Ｂの開度操作量をマップから抽出し、操作量Ｏ３を求める。ステップＳ９で操作量Ｏ１と操作量Ｏ２と操作量Ｏ３との和が加算器１６、１７（図５参照）によって算出され制御弁Ｂの開度を設定し、ステップＳ１２に戻り繰り返す。
【００５９】
本実施形態では、蒸気タービンの負荷の変化に対応させてパワータービン出力目標値に補正を加えているので、すなわち、パワータービン側で蒸気タービン側の負荷を監視しながら制御弁開度をコントロールしているので、余剰電力の変動がパワータービンのほうにつられないように制御弁の開度指令を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、急激な船内負荷の変化に対してパワータービン及び蒸気タービンの出力制御の応答性を向上させることができるので、船舶用の排熱回収システム及びその発電方法への適用に際して有益である。
【符号の説明】
【００６１】
２２  船を推進させるエンジン
２３  パワータービン（ガスタービン）
２６  蒸気タービン
２８  発電機
２９  復水器
３１  冷却器
Ａ、Ｂ、Ｃ  第１制御弁機構を構成する制御弁（バルブ）
Ｄ、Ｅ、Ｆ  第２制御弁機構を構成する制御弁（バルブ）
１００    排熱回収システムの制御装置
１０１  パワータービン制御手段
１０２  蒸気タービン制御手段
１０４  パワータービンフィードバック制御手段
１０５  パワータービン開度指令マップ
１０６  パワータービンフィードフォワード制御手段
１０８  蒸気タービンフィードバック制御手段
１０９  蒸気タービン開度指令マップ
１１０  蒸気タービンフィードフォワード制御手段
１５０  排ガスエコノマイザー
【図１】
0005409848.tif 000002
【図２】
0005409848.tif 000003
【図３】
0005409848.tif 000004
【図４】
0005409848.tif 000005
【図５】
0005409848.tif 000006
【図６】
0005409848.tif 000007
【図７】
0005409848.tif 000008
【図８】
0005409848.tif 000009